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DE102018102903A1 - Method for producing a structural component from a high-strength alloy material - Google Patents

Method for producing a structural component from a high-strength alloy material Download PDF

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DE102018102903A1
DE102018102903A1 DE102018102903.9A DE102018102903A DE102018102903A1 DE 102018102903 A1 DE102018102903 A1 DE 102018102903A1 DE 102018102903 A DE102018102903 A DE 102018102903A DE 102018102903 A1 DE102018102903 A1 DE 102018102903A1
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DE
Germany
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component
forging
structural component
alloy
requirement profile
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102018102903.9A
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German (de)
Inventor
Frank Meiners
Lukas Kwiatkowski
Markus Bambach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Otto Fuchs KG
Original Assignee
Otto Fuchs KG
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Publication date
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Application filed by Otto Fuchs KG filed Critical Otto Fuchs KG
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Priority to CN201980005620.5A priority patent/CN111328303B/en
Priority to US16/761,752 priority patent/US20200261964A1/en
Priority to PCT/EP2019/053082 priority patent/WO2019154957A1/en
Priority to ES19705304T priority patent/ES2852900T3/en
Priority to EP19705304.4A priority patent/EP3658328B1/en
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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines strukturierten Strukturbauteils 9 aus einem hochfesten Legierungswerkstoff ist dadurch bestimmt, dass- das zu erstellende Strukturbauteil 9 in zumindest zwei sich bezüglich ihres Anforderungsprofiles bei der späteren Verwendung unterscheidende Bauteilabschnitte unterteilt wird, wobei ein Bauteilabschnitt bei der Verwendung des Strukturbauteils 9 einem in Bezug auf auftretende Belastungen höheren Anforderungsprofil und der zumindest eine weitere Bauteilabschnitt 8 einem geringeren Anforderungsprofil genügen muss, und- in einem ersten Fertigungsschritt zum Erstellen des Bauteilabschnittes mit den höheren Anforderungen ein Rohling 2 durch Schmieden bereichsweise in eine endkonturnahe oder endkonturgenaue Form gebracht wird,- in zumindest einem nachfolgenden Schritt auf zumindest einem durch den Schmiedeschritt noch nicht in eine endkonturnahe oder endkonturgenaue Form gebrachten Oberflächenbereich als Substrat durch ein generatives Fertigungsverfahren metallisches Legierungsmaterial zum Ausbilden des zumindest einen Bauteilabschnittes 8 mit dem geringeren Anforderungsprofil aufgebracht wird, um auch diese Bereiche des geschmiedeten Bauteilabschnitts in eine endkonturnähere Form zu bringen und- anschließend das auf diese Weise hergestellte Bauteilhalbzeug als komplettierte Vorform 7 ein- oder mehrschrittig in seine Endkontur gebracht wird.A method for producing a structured structural component 9 from a high-strength alloy material is determined by subdividing the structural component 9 into at least two component sections that differ in their requirement profile during subsequent use, wherein one component section is used in the structural component 9 during installation With regard to occurring loads, higher requirement profile and the at least one further component section 8 must satisfy a lower requirement profile, and - in a first production step for creating the component section with the higher requirements, a blank 2 is brought by forging partially into a near-net shape or final contour-precise shape at least one subsequent step on at least one by the forging step not yet brought into a near net shape or final contour precise surface area as a substrate by a generative Fertigungsverfah Ren metallic alloy material for forming the at least one component portion 8 is applied with the lower requirement profile to bring these areas of the forged component portion in a final kontontähere shape and then the semi-finished product produced in this way as a completed preform 7 one or more stages in its final contour is brought.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines strukturierten Strukturbauteils aus einem hochfesten Legierungswerkstoff.The invention relates to a method for producing a structured structural component from a high-strength alloy material.

Strukturierte Strukturbauteile sind Bauteile, die in sich strukturiert sind und als solche am Aufbau einer größeren Struktur beteiligt sind. Derartige Strukturbauteile werden beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt, etwa als Rippen, Spanten, Führungsschienen für Flügelklappen und dergleichen. Eingesetzt werden hierfür hochfeste Legierungswerkstoffe, wie höchstfeste Aluminiumwerkstoffe oder Titanwerkstoffe. Aus Titanwerkstoffen hergestellte Strukturbauteile substituieren im zunehmenden Maße solche aus höchstfesten Aluminiumlegierungen, da diese in Kontakt mit kohlefaserverstärkten Kunststoffbauteilen zu Korrosion neigen. In zunehmendem Maße werden in Flugzeugen kohlefaserverstärkte Kunststoffbauteile eingesetzt. Ein solches aus einem Titanwerkstoff hergestelltes Strukturbauteil wird durch Zerspanung einer geschmiedeten Vorform hergestellt. Hierbei wird dem Schmieden im (α + β)-Gebiet aufgrund der geringeren Prozesstemperaturen und des geringeren Anlagenaufwandes einem Präzisions-Isothermschmieden im β-Gebiet der Legierung bevorzugt. Aufgrund des hohen Umformwiderstandes dieses Werkstoffes - gleiches gilt prinzipiell auch für andere hochfeste Legierungswerkstoffe, wie beispielsweise Nickel-Basislegierungen und Kobalt-Basislegierungen - ist ein oft sehr hohes Aufmaß erforderlich, da der Schmiedeprozess global auf das Werkstück wirkt. Vor dem Hintergrund zunehmend komplexer ausgelegter Strukturbauteile erhöhen sich bei der Herstellung derartiger strukturierter Strukturbauteile die Werkzeugkosten, der Werkzeugverschleiß und die Fehleranfälligkeit. Aus diesem Grunde wird die Ausbildung der Endkontur in nachgelagerte Zerspanungsprozesse verlagert, was wiederum im Ergebnis dazu führt, dass die Materialausnutzung mitunter nur 40% oder weniger, bei einigen Bauteilen nur etwa 10% des ursprünglich eingesetzten Materials beträgt. Abgesehen von dem hohen Zerspanungsaufwand verteuert die geringe Materialausnutzung die hergestellten Strukturbauteile.Structured structural components are components that are intrinsically structured and, as such, involved in building a larger structure. Such structural components are used for example in aerospace engineering, such as ribs, frames, guide rails for wing flaps and the like. High-strength alloy materials such as ultra-high-strength aluminum materials or titanium materials are used for this purpose. Structural components made of titanium materials are increasingly substituting those of ultra-high-strength aluminum alloys, since these tend to corrode in contact with carbon-fiber-reinforced plastic components. Increasingly, carbon fiber reinforced plastic components are used in aircraft. Such a structural member made of a titanium material is manufactured by machining a forged preform. Forging in the (α + β) region is preferred for precision isothermal forging in the β-region of the alloy due to the lower process temperatures and the lower plant outlay. Due to the high deformation resistance of this material - the same applies in principle to other high-strength alloy materials, such as nickel-based alloys and cobalt-based alloys - an often very high oversize is required because the forging process acts globally on the workpiece. Against the background of increasingly complex structural components, the tool costs, the tool wear and the susceptibility to errors increase in the production of such structured structural components. For this reason, the formation of the final contour is shifted into downstream machining processes, which in turn results in the fact that the material utilization is sometimes only 40% or less, in some components only about 10% of the material originally used. Apart from the high machining costs, the low material utilization makes the manufactured structural components more expensive.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines strukturierten Strukturbauteils aus einem hochfesten Legierungsmaterial, beispielsweise einer Titanlegierung vorzuschlagen, mit dem ein solches Strukturbauteil nicht nur unter Anwendung eines Schmiedeschrittes hergestellt werden kann, sondern dass die zum Stand der Technik vorstehend aufgezeigten Nachteile zumindest weitgehend vermieden sind.Based on this discussed prior art, the invention is therefore based on the object of proposing a method for producing a structured structural component from a high-strength alloy material, for example a titanium alloy, with which such a structural component can be produced not only by using a forging step, but that the disadvantages of the prior art are at least largely avoided.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Verfahren, bei dem

  • - das zu erstellende Strukturbauteil in zumindest zwei sich bezüglich ihres Anforderungsprofiles bei der späteren Verwendung unterscheidende Bauteilabschnitte unterteilt wird, wobei ein Bauteilabschnitt bei der Verwendung des Strukturbauteils einem in Bezug auf auftretende Belastungen höheren Anforderungsprofil und der zumindest eine weitere Bauteilabschnitt einem geringeren Anforderungsprofil genügen muss, und
  • - in einem ersten Fertigungsschritt zum Erstellen des Bauteilabschnittes mit den höheren Anforderungen ein Rohling durch Schmieden bereichsweise in eine endkonturnahe oder endkonturgenaue Form gebracht wird,
  • - in zumindest einem nachfolgenden Schritt auf zumindest einem durch den Schmiedeschritt noch nicht in eine endkonturnahe oder endkonturgenaue Form gebrachten Oberflächenbereich als Substrat durch ein generatives Fertigungsverfahren metallisches Legierungsmaterial zum Ausbilden des zumindest einen Bauteilabschnittes mit dem geringeren Anforderungsprofil aufgebracht wird, um auch diese Bereiche des geschmiedeten Bauteilabschnitts in eine endkonturnähere Form zu bringen und
  • - anschließend das auf diese Weise hergestellte Bauteilhalbzeug als komplettierte Vorform ein- oder mehrschrittig in seine Endkontur gebracht wird.
This object is achieved according to the invention by an aforementioned, generic method, in which
  • - The structural component to be created in at least two with respect to their requirement profile in the subsequent use different component sections is divided, wherein a component portion must comply with the use of the structural component in relation to occurring loads higher requirement profile and the at least one further component section a lower requirement profile, and
  • - In a first manufacturing step for creating the component section with the higher requirements, a blank is brought by forging partially in a near net shape or final contour accurate shape,
  • - Is applied in at least one subsequent step on at least one not brought by the forging step in a near net shape or final contour exact surface area as a substrate by a generative manufacturing process metallic alloy material for forming the at least one component portion with the lower requirement profile to these areas of the forged component portion into a near-net shape and bring
  • - Then the semifinished product produced in this way as a completed preform one or more stages is brought into its final contour.

Unter dem im Rahmen dieser Ausführung benutzten Begriff „Strukturbauteil“ ist jedwedes Bauteil zu verstehen, welches eine Struktur hat und einen Bauteilabschnitt, der durch Schmieden geformt ist, und zumindest einen weiteren Bauteilabschnitt aufweist, der auf dem geschmiedeten Bauteilabschnitt aufgetragen ist. Somit sind unter dem benutzten Begriff „Strukturbauteil“ solche Bauteile zu verstehen, die im engeren Sinne Strukturbauteile sind und somit am Aufbau größerer Strukturen beteiligt sind, wie beispielsweise Rippen oder Spanten oder andere Bauteile als Teile von Flugzeugen oder auch sonstige strukturierte Strukturbauteile, die nicht zum Aufbau einer größeren Struktur eingesetzt werden, wie beispielsweise Rotationskörper, etwa Schaufelräder für Turbinen oder dergleichen.The term "structural component" used in the context of this embodiment is understood to mean any component which has a structure and has a component section which is formed by forging and at least one further component section which is applied to the forged component section. Thus, the term "structural component" is to be understood as meaning components which are structural components in the narrower sense and are thus involved in the construction of larger structures, such as ribs or ribs or other components as parts of aircraft or other structured structural components that do not Structure of a larger structure can be used, such as rotary body, such as blades for turbines or the like.

Das gemäß diesem Verfahren hergestellte Strukturbauteil ist das Ergebnis unterschiedlicher Herstellungs- bzw. Formgebungsprozesse, wobei unterschiedliche Bauteilabschnitte des Strukturbauteils unter Anwendung unterschiedlicher Prozessrouten hergestellt sind, sodass ein solches strukturiertes Strukturbauteil bezüglich seiner Herstellung als Hybrid-Strukturbauteil angesprochen werden kann. Dabei ist von Bedeutung, dass vor dem eigentlichen Fertigen eines solchen Strukturbauteils dieses in unterschiedliche Bauteilabschnitte unterteilt wird, wobei sich die Bauteilabschnitte durch das an diese jeweils gestellte Anforderungsprofil unterscheiden, beispielsweise bezüglich des an einzelne Bauteilabschnitte gestellten mechanischen Anforderungsprofils. So kann etwa ein zentraler Bauteilabschnitt einer höheren mechanischen Belastung genügen müssen als andere, daran angeformte Bauteilabschnitte. Die Bauteilabschnitte, an die ein höheres, insbesondere mechanisches Anforderungsprofil gestellt ist, werden durch Schmieden endkonturnah oder endkonturgenau geformt, jedenfalls soweit, dass möglichst wenig Material bei der Endbearbeitung zum Einstellen der Endkontur zerspanend abgetragen werden muss. Diese Bauteilabschnitte stellen bei diesen Strukturbauteilen typischerweise das Kernsegment eines solchen Strukturbauteils dar. An dieses durch Schmieden geformte Kernsegment ist zumindest ein Bauteilabschnitt, typischerweise mehrere Bauteilabschnitte angeformt, auf die nur eine geringere mechanische Belastung bei dem späteren Einsatz des Strukturbauteils wirkt. Daher müssen diese Bauteilabschnitte nur einem geringeren Anforderungsprofil genügen. Dieser eine oder diese mehreren weiteren Bauteilabschnitte werden durch ein generatives Fertigungsverfahren auf einen Bereich der Mantelfläche des Kernsegmentes aufgetragen bzw. angeformt. Hierbei kann es sich um Fortsätze, wie Anbindungspunkte, Rippen, Aufnahmen für Bauteile, etwa Sensoren oder dergleichen handeln. Diese durch ein generatives Fertigungsverfahren aufgetragenen Bauteilabschnitte können eine lokale Erstreckung aufweisen oder auch umfänglich sowohl in Querrichtung als auch in Längsrichtung des Kernsegmentes über die gesamte oder einen Teil dieser Erstreckung geformt sein. Diese Bauteilabschnitte sind zumeist für die Formkomplexität derartiger Strukturbauteile verantwortlich. Durch das generative Auftragen von hochfestem Legierungswerkstoff können ohne großes Aufmaß auch komplizierte Geometrien erzeugt werden, vor allem auch solche, die durch Schmieden nicht geformt werden können, wie beispielsweise hinterschnittene Abschnitte. Insofern bilden bestimmte Bereiche der Mantelfläche des geschmiedeten Bauteilabschnitts das Substrat, auf welches die additiv gefertigten Bauteilabschnitte erzeugt werden.The structural component produced in accordance with this method is the result of different manufacturing or shaping processes, wherein different component sections of the structural component are produced using different process routes, so that such a structured structural component can be addressed with regard to its production as a hybrid structural component. It is important that prior to the actual manufacture of such a structural component this is subdivided into different component sections, wherein the component sections differ by the requirement profile respectively, for example with respect to the mechanical requirement profile applied to individual component sections. For example, a central component section must satisfy a higher mechanical load than other component sections formed thereon. The component sections, to which a higher, in particular mechanical requirement profile is provided, are formed by forging close to final contour or final contour precision, at least to the extent that as little material as possible has to be removed by machining in order to set the final contour. In the case of these structural components, these component sections typically represent the core segment of such a structural component. At least one component section, typically a plurality of component sections, is formed on this core segment formed by forging and acts only on a smaller mechanical load during the subsequent use of the structural component. Therefore, these component sections must only satisfy a lower requirement profile. This one or more further component sections are applied or formed by a generative manufacturing process on a region of the lateral surface of the core segment. These may be extensions, such as connection points, ribs, receptacles for components, such as sensors or the like. These component sections, which are applied by a generative manufacturing method, can have a local extension or can also be formed circumferentially both in the transverse direction and in the longitudinal direction of the core segment over all or part of this extension. These component sections are mostly responsible for the shape complexity of such structural components. Due to the generative application of high-strength alloy material, complicated geometries can be produced without great oversize, especially those that can not be formed by forging, such as undercut sections. In this respect, certain areas of the lateral surface of the forged component section form the substrate on which the additively manufactured component sections are produced.

Eingesetzt wird ein generatives Fertigungsverfahren, bei dem Metallpulver oder Metalldraht durch Zufuhr von Energie verschmolzen wird. Typischerweise werden zur Erstellung der Rohform für diese Bereiche mittels des generativen Fertigungsverfahrens diese aus einem Legierungspulver oder -draht hergestellt, das demjenigen des geschmiedeten Rohlings - dem geschmiedeten Kernsegment - entspricht. Zum Aufbau der durch ein generatives Fertigungsverfahren gebildeten Bauteilabschnitte können auch Legierungsvarianten oder eine andere Metalllegierung verwendet werden. In einem solchen Fall ist darauf zu achten, dass eine bestimmungsgemäße Fügeverbindung zwischen dem Substrat und dem darauf durch das generative Verfahren aufgebrachten Material besteht. Das generative Fertigungsverfahren kann beispielsweise als Laserauftragsschweißen oder auch durch Elektronenstrahlauftragsschweißen, nur um einige der möglichen Verfahren zu nennen, durchgeführt werden. Mittels eines oder mehrerer derartiger Schritte werden die durch den Schmiedeprozess noch nicht in eine endkonturnahe oder endkonturgenaue Form gebrachten Bauteilabschnitte in eine endkonturnahe Form aufgebaut. In einem anschließenden ein- oder mehrschrittig durchgeführten Bearbeitungsschritt können diese generativ aufgebauten Bauteilabschnitte in ihre Endkontur gebracht werden. In demselben Bearbeitungsschritt können auch der oder die endkonturnah geschmiedeten Bauteilabschnitte des geschmiedeten Halbzeuges in ihre Endkontur gebracht werden. Bei diesen Bearbeitungsschritten kann es sich beispielsweise um einen Schmiedeschritt, mit dem die generativ erzeugten Bereiche zu einem gewissen Maß umgeformt werden, und/oder um eine spanende Bearbeitung handeln. Durch einen Umformschritt mit einem nur geringen Umformgrad wird das Gefüge für eine anschließend durchzuführende Wärmebehandlung zum Homogenisieren des Gefüges optimiert. Zudem wird durch einen solchen Schritt die Spannungsaufnahme dieses Bauteilabschnittes verbessert. Je nach Ausgestaltung des Bauteilhalbzeuges bzw. des oder der in ihre Endkontur zu bringenden Bauteilabschnitte kann es sich bei der spanenden Bearbeitung beispielsweise um ein Formfräsen, ein Drehen, Bohren oder dergleichen handeln. Auch eine Kombination dieser Maßnahmen ist möglich, ebenso wie das nachträgliche Einbringen eines geringen Umformgrades.A generative manufacturing process is used in which metal powder or metal wire is fused by supplying energy. Typically, to create the raw form for these areas by means of the additive manufacturing process, they are made from an alloy powder or wire similar to that of the forged blank - the forged core segment. To build up the component sections formed by a generative manufacturing method, it is also possible to use alloy variants or another metal alloy. In such a case, care must be taken that there is a proper joining connection between the substrate and the material applied thereto by the generative method. The additive manufacturing process may be performed, for example, as laser cladding or by electron beam deposition welding, just to name a few of the possible methods. By means of one or more such steps, the component sections, which have not yet been brought by the forging process into a near-net-shape or final contour-precise form, are built into a near net shape. In a subsequent one-step or multi-step machining step, these generatively constructed component sections can be brought into their final contour. In the same processing step, it is also possible to bring the one or more component parts of the forged semi-finished product forged into its final contour. These processing steps can be, for example, a forging step, with which the generatively generated regions are deformed to a certain extent, and / or a machining operation. By a forming step with only a small degree of deformation, the microstructure is optimized for a subsequent heat treatment to homogenize the microstructure. In addition, the voltage pickup of this component section is improved by such a step. Depending on the configuration of the semifinished product or of the component or sections to be brought into its final contour, the machining may be, for example, a form milling, turning, drilling or the like. A combination of these measures is possible, as well as the subsequent introduction of a low degree of deformation.

Gefolgt werden kann das vorbeschriebene Herstellungsverfahren durch eine Wärmebehandlung zum Zwecke einer Homogenisierung des Gefüges des geschmiedeten Bauteilabschnitts sowie derjenigen Bauteilabschnitte, die mit einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt worden sind, und/oder eine Kaltumformung, etwa ein Recken des in seiner Endkontur gebrachten Strukturbauteils.The above-described manufacturing method can be followed by a heat treatment for the purpose of homogenization of the structure of the forged component section as well as those component sections that have been produced by a generative manufacturing process, and / or cold forming, such as stretching of the structural component brought into its final contour.

Bei derartigen Strukturbauteilen, die vor allem in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt werden, vereint ein solches Strukturbauteil die positiven Eigenschaften eines durch Schmieden umgeformten Rohlings mit den Eigenschaften eines durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellten Bauteils hinsichtlich der mit einem solchen Verfahren herstellbaren komplexen Geometrien. So können die mit einem generativen Fertigungsverfahren hergestellten Bereiche Geometrien aufweisen, die sich durch Schmieden, auch durch mehrfaches Schmieden, nicht erzeugen lassen, bedingt beispielsweise durch relativ lange Fließwege oder dadurch, dass sich diese Geometrien durch Schmieden schlichtweg nicht herstellen lassen, wie etwa Hinterschnitte. Ein solches Strukturbauteil wird man bezüglich der Aufteilung der Bereiche in durch Schmieden umgeformte Bereiche und solche, die durch ein generatives Fertigungsverfahren aufgebaut werden, typischerweise derart aufteilen, dass die bei der Anwendung des Strukturbauteils höheren, vor allem dynamischen Belastungen ausgesetzten Bereiche des Strukturbauteils geschmiedete Bauteilabschnitte sind oder zumindest einen geschmiedeten Kern aufweisen. Ausgenutzt wird hierbei das für gegenüber derartigen Belastungen besonders widerstandsfähige Schmiedegefüge.In such structural components, which are mainly used in aerospace technology, such a structural component combines the positive properties of a blank formed by forging with the properties of a manufactured by a generative manufacturing process component with respect to the manufacturable by such a method complex geometries. Thus, the areas produced by a generative manufacturing process can have geometries that can not be produced by forging, even by multiple forging, for example by relatively long flow paths or by the fact that these geometries can not be produced by forging, such as undercuts. Such a structural component will be divided, with respect to the division of the regions into forged regions and those which are constructed by an additive manufacturing method, typically such that the regions of the structural component which are exposed to higher, in particular dynamic, stresses are component parts which have been forged during the application of the structural component or at least have a forged core. Is exploited here for especially against such loads particularly resistant forgings.

Bei den Untersuchungen, die zu dem Gegenstand dieser Erfindung geführt haben, musste man sich zunächst über die herrschende Lehre hinwegsetzen, dass ein solches durch bestimmte Geometrien strukturiertes Strukturbauteil aus einem einzigen Stück hergestellt werden muss, um den an das Strukturbauteil gestellten Anforderungen zu genügen. Erst dieses eröffneten den Weg zu einer Aufteilung des Strukturbauteils in Bauteilabschnitte mit unterschiedlichen Anforderungsprofilen und zu dem Gegenstand des beanspruchten Verfahrens. So ist es beispielsweise bei einem Strukturbauteil mit einer oder mehreren Versteifungsrippen zum Erzielen von gewünschten Festigkeitseigenschaften ausreichend, wenn die Basisfläche oder die Wurzel einer solchen Rippe zusammen mit dem angrenzenden Kernsegment durch Schmieden geformt wird, die die Rippenausbildung bezüglich ihrer Höhe jedoch durch ein generatives Fertigungsverfahren zunächst aufgebaut und anschließend in die gewünschte Endkontur gebracht wird. Gleiches gilt beispielsweise auch für die Ausbildung von Anschlusspunkten bestimmter Geometrie, die ein solches Strukturbauteil aufweisen kann. Zahlreiche andere Ausgestaltungen sind denkbar.In the investigations that led to the subject matter of this invention, it was initially necessary to ignore the prevailing teaching that such a structural component structured by specific geometries must be manufactured from a single piece in order to meet the requirements imposed on the structural component. Only this opened the way to a division of the structural component in component sections with different requirement profiles and to the subject of the claimed method. Thus, for example, in a structural member having one or more stiffening ribs to achieve desired strength properties, it is sufficient if the base surface or root of such rib is formed by forging together with the adjacent core segment but the rib formation is first height-adjusted by a generative manufacturing process constructed and then brought into the desired final contour. The same applies, for example, for the formation of connection points of certain geometry, which may have such a structural component. Numerous other embodiments are conceivable.

Der Anschluss eines durch generative Fertigung erzeugten Bauteilabschnittes kann auf einem durch den vorangegangenen Schmiedeschritt geformten Sockel, dessen Oberseite die Substratoberfläche bildet, bereitgestellt sein. Durch einen solchen an dem Kernsegment angeformten Sockel ist das eigentliche Kernsegment als Bauteilabschnitt, welches den Anforderungen eines höheren Anforderungsprofiles standhalten soll, von einer thermischen Beeinflussung oder einer oberflächennahen Materialdurchmischung als Folge des generativen Fertigungsverfahrens geschützt, sodass die durch das Schmieden eingestellten Werkstoff- und Gefügeeigenschaften in dem eigentlichen Kernsegment nicht oder jedenfalls nicht nennenswert durch den typischerweise lokal ausgeführten generativen Fertigungsschritt geändert werden. Insofern wird man den generativen Fertigungsschritt bezüglich seines Wärmeeintrages in das geschmiedete Kernsegment, kontrollieren, wobei an das Kernsegment angeformte Sockel, wie vorbeschrieben ihren Beitrag hierzu leisten können. Überdies wird durch einen derartigen Sockel die Kerbempfindlichkeit in dem Übergangsbereich reduziert.The connection of a component section produced by additive manufacturing can be provided on a base formed by the preceding forging step, the upper side of which forms the substrate surface. By such an integrally formed on the core segment base, the actual core segment as a component section, which should withstand the requirements of a higher requirement profile, protected by thermal interference or near-surface material mixing as a result of generative manufacturing process, so that set by the forging material and structural properties in the actual core segment not or at least not significantly changed by the typically locally executed generative manufacturing step. In this respect, one will control the generative manufacturing step with respect to its heat input into the forged core segment, wherein on the core segment molded socket, as described above can make their contribution to this. Moreover, such a socket reduces the notch sensitivity in the transition region.

Der Schmiedeschritt wird typischerweise als einstufiger Schmiedeschritt ausgeführt. Dieses schließt ein Nachpressen nach einem kurzen Lüftungsöffnen des Gesenkes ein. Einstufig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Umformung in einem einzigen Gesenk vorgenommen wird. Auch ein mehrstufig ausgeführter Schmiedeschritt ist möglich, kann jedoch oftmals durch eine geschickte Auslegung des Strukturbauteils in Bezug auf die durch Schmieden geformten Bauteilabschnitte und die generativ aufgebauten Bauteilabschnitte vermieden werden. Da durch diesen nicht die gesamte Formgebung des Strukturbauteils erfolgt, werden die zum Schmieden verwendeten Gesenke auch keiner übermäßigen Belastung (Auswaschung) unterworfen, sodass die Standzeiten entsprechend länger sind. Dieses wirkt sich bei einer Serienfertigung auch positiv auf die einzuhaltenden Toleranzen bei der Herstellung derartiger Strukturbauteile aus.The forging step is typically carried out as a one-step forging step. This includes repressing after a short vent opening of the die. In this context, one-stage means that the forming takes place in a single die. Also a multi-stage executed forging step is possible, but can often be avoided by a clever design of the structural component with respect to the formed by forging component sections and the generatively constructed component sections. Since this does not take the entire shape of the structural component, the dies used for forging are also not subjected to excessive load (leaching), so that the service life is correspondingly longer. This also has a positive effect on the tolerances to be maintained in the production of such structural components in mass production.

Dieses Verfahren eröffnet auch die Möglichkeit, ein Strukturbauteil in unterschiedlichen Varianten auszubilden. Das Gleichteil der unterschiedlichen Varianten wird durch den Schmiedeprozess hergestellt. Mithin ist das geschmiedete Halbzeug bei allen Varianten eines solchen Strukturbauteils das Gleichteil, auf das in den noch nicht endkonturnah oder endkonturgenau geformten Bauteilabschnitte durch zumindest ein generatives Fertigungsverfahren Material für die Variantenbildung aufgebracht wird. Sowohl die Bereiche als auch die Formgebung der durch das oder die generativen Fertigungsverfahren aufgebauten Bauteilabschnitte des Strukturbauteils können sich bei den einzelnen Varianten unterscheiden. Dadurch kann nicht nur der Materialeinsatz reduziert, sondern auch die gesamte Fertigungskette kosteneffizienter durchgeführt werden.This method also opens up the possibility of designing a structural component in different variants. The identical part of the different variants is produced by the forging process. Thus, for all variants of such a structural component, the forged semi-finished product is the identical part to which material for the variant formation is applied in the component sections which are not yet near net shape or in the shape of a final contour by at least one additive manufacturing method. Both the areas and the shape of the component sections of the structural component constructed by the generative manufacturing method or methods can differ in the individual variants. This not only reduces material usage, but also makes the entire production chain more cost-effective.

Bei derartigen fertigungshybriden Strukturbauteilen können der eine oder die mehreren weniger belasteten und durch ein generatives Fertigungsverfahren erzeugten Bauteilabschnitte zur Gewichtsreduzierung in einer Art und Weise optimiert werden, wie dieses auf herkömmliche Weise nicht oder nur mit einem unverhältnismäßigen Aufwand erzielt werden könnte. Beispielhaft sei an dieser Stelle die Ausbildung einer Hohlstruktur genannt. Eine solche Hohlstruktur kann ohne Einbußen hinsichtlich der Belastbarkeit dieses Bauteilabschnittes aufgrund der an dieses gestellten Anforderungen hinnehmen zu müssen, vorgenommen werden. Die Folge ist ein reduzierter Materialeinsatz und ein reduziertes Gewicht des fertigen Strukturbauteils. Ein geringerer Materialeinsatz ist gerade bei Strukturbauteilen mit relativ hohen Materialkosten ein besonderer Vorteil.In such production hybrid structural components, the one or more less loaded and produced by a generative manufacturing process component sections for weight reduction can be optimized in a way that this could not be achieved in the conventional manner or only with disproportionate effort. By way of example, the formation of a hollow structure may be mentioned here. Such a hollow structure can be made without sacrificing the load capacity of this component section due to the requirements placed on it. The result is a reduced use of material and a reduced weight of the finished structural component. A lesser one Material use is a particular advantage, especially for structural components with relatively high material costs.

Das hybride Herstellungsverfahren erlaubt auch eine Ausbildung der durch generative Fertigungsverfahren erzeugten Bauteilabschnitte auf dem geschmiedeten Halbzeug - dem geschmiedeten Kernsegment - mit einer gegenüber der Legierung des geschmiedeten Halbzeuges unterschiedlichen Legierung. Hierbei kann es sich um eine Legierung mit einer unterschiedlichen Zusammensetzung seiner Legierungskomponenten handeln. Insofern kann das für die durch generative Fertigungsverfahren hergestellten Bauteilabschnitte verwendete Material speziell in Bezug auf die an diese Bereiche des Strukturbauteils bei der vorgesehenen Anwendung gestellten Anforderungen ausgewählt werden.The hybrid production method also allows for a design of the component sections produced by generative manufacturing processes on the forged semi-finished product - the forged core segment - with an alloy that is different from the alloy of the forged semi-finished product. This may be an alloy having a different composition of its alloy components. In this respect, the material used for the component sections produced by additive manufacturing processes can be selected specifically with regard to the requirements placed on these areas of the structural component in the intended application.

Durch Verwenden unterschiedlicher Werkstoffzusammensetzungen in dem Aufbau eines durch ein generatives Fertigungsverfahren zu erzeugenden Bauteilabschnittes können innerhalb desselben beispielweise Werkstoffgradienten und somit Gradienten in Bezug auf beispielsweise einen oder mehrere Festigkeitsparameter erzeugt werden. Ein solches Bauteil kann auch als werkstoffhybrides Bauteil angesprochen werden.By using different material compositions in the construction of a component portion to be created by a generative manufacturing process, within it, for example, material gradients and thus gradients with respect to, for example, one or more strength parameters can be generated. Such a component can also be addressed as a material-hybrid component.

Das generative Fertigungsverfahren zum Erzeugen eines Bauteilabschnittes auf dem geschmiedeten Halbzeug erlaubt es auch, dass in dieses Pulverpartikel oder Körner aus einem Material eingebaut werden, die besondere und von der zu erzeugenden Legierung unabhängige Eigenschaften aufweisen. So kann es sich bei diesem Material beispielsweise um ein solches handeln, welches bei der Verschmelzungstemperatur zum Verschmelzen der Pulverpartikel verdampft, um auf diese Weise eine gewisse Porosität in einem solchermaßen aufgebauten Bauteilabschnittes des Strukturbauteils zu erzeugen. Eingelagert werden können auf diese Weise auch in den durch das generative Fertigungsverfahren hergestellten Bauteilabschnitt Festschmierstoffe, wenn es sich bei dem zu erzeugenden Bauteilabschnitt beispielsweise um einen solchen handelt, der Teil eines Lagers, beispielsweise eine Lagerbuchse darstellen soll.The generative manufacturing method for producing a component section on the forged semi-finished product also allows powder particles or grains of a material to be incorporated therein, which have special properties independent of the alloy to be produced. For example, this material may be one which evaporates at the fusion temperature to melt the powder particles, in order to produce a certain porosity in a component section of the structural component constructed in this way. Can be stored in this way also in the manufactured by the additive manufacturing process component section solid lubricants, if it is the part to be generated, for example, such a part of a bearing, for example, to represent a bearing bush.

Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn diejenigen Bereiche des geschmiedeten Halbzeuges - des Substrates - in Bezug auf den zumindest einen darauf mittels eines generativen Fertigungsverfahrens zu erzeugenden Bauteilabschnitt vorbehandelt und auf den generativen Fertigungsprozess vorbereitet wird. Dieses kann beispielsweise eine mechanische Vorbehandlung sein, etwa um die Kontaktoberfläche des Substrates zu dem darauf aufzutragenden Material zu vergrößern. Bei dem generativen Fertigungsverfahren handelt es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um ein Laser- oder Elektronenstrahlauftragsschweißen. In einem solchen Fall kann die Substratoberfläche vor dem ersten Aufbringen der durch den Laser- oder Elektronenstrahl zu verschmelzenden Partikel einer Strahlbehandlung unterworfen werden, um diesen Oberflächenbereich aufzurauen, wodurch die Anbindungsoberfläche vergrößert wird. Vorzugsweise wird ein solcher Schritt unmittelbar vor dem Beginn des Auftragsschweißens zum Erzeugen der auf der Substratoberfläche aufzubringenden Bereiche durchgeführt, da dieser Bereich dann zur Vorbereitung des generativen Fertigungsschrittes zugleich vorerwärmt wird. Als vorbereitende Maßnahme für den endkonturnahen Aufbau eines solchen Bereiches mittels eines generativen Fertigungsverfahrens kann auch allein ein entsprechendes Erwärmen des Oberflächenbereiches des Substrates dienen. Alleinig oder auch in Kombination mit einem der beiden vorgenannten Vorbehandlungsmaßnahmen kann die Substratoberfläche auch chemisch vorbehandelt werden, etwa um Oberflächenverunreinigungen oder aus dem Schmiedegesenk mitgeschlepptes Schmiermittel zu entfernen.It is regarded as advantageous if those regions of the forged semi-finished product - the substrate - are pretreated with respect to the at least one component section to be produced thereon by means of a generative production method and prepared for the generative production process. This can be, for example, a mechanical pretreatment, for example to increase the contact surface of the substrate to the material to be applied thereto. The additive manufacturing method according to one embodiment is a laser or electron beam deposition welding. In such a case, prior to the first deposition of the particles to be fused by the laser or electron beam, the substrate surface may be subjected to a blasting treatment to roughen this surface area, thereby increasing the bonding surface area. Such a step is preferably carried out immediately before the beginning of the build-up welding to produce the areas to be applied to the substrate surface, since this area is then preheated at the same time in preparation for the generative production step. As a preparatory measure for the near net shape construction of such a region by means of a generative manufacturing process, a corresponding heating of the surface region of the substrate can also be used alone. On its own or in combination with one of the two aforementioned pretreatment measures, the substrate surface can also be chemically pretreated, for example to remove surface contaminants or lubricants entrained from the forging sink.

Wenn im Anschluss an die endkonturnahe Ausbildung des oder der durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellten Bauteilabschnitte auf dem geschmiedeten Halbzeug diese in ihre Endkontur oder in eine noch endkonturnähere Form durch Schmieden gebracht werden sollen, können die oberflächlichen Unregelmäßigkeiten, die das Laserauftragsschweißen, ebenso wie das Elektronenstrahlschweißen als generatives Fertigungsverfahren mit sich bringt, als Schmiertaschen genutzt werden, um den Materialfluss zu steuern.If, following the near-net shape training of or produced by a generative manufacturing process component sections on the forged semi-finished to be brought to their final shape or in a final kontkontähherere form by forging, the superficial irregularities, the laser deposition welding, as well as the electron beam welding as Generative manufacturing process involves using lubricating pockets to control material flow.

Das Einstellen der Endkontur des Strukturbauteils kann ein- oder mehrschrittig erfolgen.The setting of the final contour of the structural component can be one or more stages.

Eingesetzt werden für den Schmiederohling gemäß einer Ausgestaltung eine Titanlegierung, insbesondere eine (α+β)-Titanlegierung, etwa eine Ti-6Al-4V-Legierung.According to one embodiment, a titanium alloy, in particular a (α + β) titanium alloy, such as a Ti-6Al-4V alloy, is used for the forging blank.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

  • 1: Eine Figurenfolge, die die Ergebnisse einzelner Herstellungsschritte zum Herstellen eines strukturierten Strukturbauteils mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt, und
  • 2: die Herstellung eines weiteren Strukturbauteils gemäß einer anderen Ausgestaltung.
The invention is described below with reference to an embodiment with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 A sequence of figures which shows the results of individual production steps for producing a structured structural component with the method according to the invention, and
  • 2 : the production of a further structural component according to another embodiment.

Die Figurenfolge der 1 zeigt unter (1) einen Rohling 1 aus einer Ti-6AI-4V-Legierung als beispielhaften hochfesten Legierungswerkstoff. Bei dem Rohling 1 handelt es sich um einen gegossenen Barren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Rohling 1 in einem ersten Schritt (2) in eine Schmiedevorform 2 gebracht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gussrohling 1 vorgeschmiedet und ein Abschnitt des Rohlings 1 um 90 Grad gegenüber dem übrigen Abschnitt mit einem Radius abgewinkelt worden, sodass in einer Seitenansicht der Schmiederohling L-förmig ausgebildet ist. Der Rohling weist ein (α+β)-Gefüge auf.The sequence of figures of 1 shows under ( 1 ) a blank 1 of a Ti-6Al-4V alloy as an exemplary high-strength alloy material. At the blank 1 it is a cast billet. In the illustrated Embodiment is the blank 1 in a first step ( 2 ) in a blacksmith preform 2 brought. In the illustrated embodiment, the casting blank 1 forged and a section of the blank 1 have been bent by 90 degrees relative to the remaining portion with a radius, so that in a side view of the forging blank is L-shaped. The blank has an (α + β) -type.

Zum Vorbereiten des Schmiedens dieses Schmiederohlings 2 wird dieser auf seine Schmiedetemperatur erwärmt, in ein Gesenk eingelegt und in die in (3) gezeigte Vorform 3 geschmiedet. Durch den Schmiedeprozess ist der kürzere Schenkel 4 des Schmiederohlings 2 in eine Vierkantform 5 gebracht worden. Diese schließt unter Zwischenschaltung von Übergangsbereichen an den Bogenabschnitt an. In den längeren Schenkel des Schmiederohlings 2 sind unter Verlängerung seiner Länge zwei Einschnürungen 6, 6.1 durch den Schmiedeschritt eingebracht worden. Die durch das Schmieden erstellte Vorform 3 ist in einigen Abschnitten bereits endkonturnah ausgeformt. Diese Vorform stellt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Kernsegment des späteren Strukturbauteils dar. Dieses Kernsegment ist derjenige Bauteilabschnitt, der einem höheren mechanischen Anforderungsprofil genügen muss als die weiteren, nachfolgend beschriebenen Bauteilabschnitte. Dieses gilt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere in Bezug auf seine dynamische Belastbarkeit.To prepare the forging of this forging blank 2 This is heated to its forging temperature, placed in a die and in the preform shown in (3) 3 forged. Through the forging process is the shorter leg 4 of forging blank 2 in a square shape 5 has been brought. This connects with the interposition of transition areas to the arc section. In the longer thighs of the forging blank 2 are under extension of its length two constrictions 6 . 6.1 introduced by the forging step. The preform created by the forging 3 is already shaped near net shape in some sections. This preform is in the illustrated embodiment, the core segment of the future structural component. This core segment is that part of the component, which must satisfy a higher mechanical requirement profile than the other component sections described below. This applies in the illustrated embodiment, in particular with respect to its dynamic load capacity.

Das aus dem Rohling 1 zu fertigende Strukturbauteil weist eine gegenüber der Vorform 3 deutlich komplexere Formgebung auf. Um diese komplexere Formgebung zu erstellen, werden in denjenigen Bereichen der Vorform 3, die die weiteren Strukturen tragen sollen Rohformen, durch generatives Laserauftragsschweißen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Es versteht sich, dass auch andere Auftragsschweißverfahren eingesetzt werden können. Das Auftragsschweißen ist bezüglich der eingebrachten Wärme so durchgeführt worden, dass der Wärmeeintrag in das Kernsegment lokal nur sehr gering ist und auch eine Materialdurchmischung nur auf eine oberflächliche Randzone des Substrates beschränkt ist. Die generative Fertigung komplettierte Vorform 7 ist im Schritt (4) der 1 gezeigt. Die durch das generative Verfahren erzeugten bzw. aufgebauten Bauteilabschnitte - die Rohformen für die weiteren Strukturen - sind mit dem Bezugszeichen 8 kenntlich gemacht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die durch das generative Verfahren hergestellten Bereiche 8 aus Legierungspulver derselben Legierung hergestellt worden, aus der auch der Rohling 1 gefertigt ist. Auf dem Vierkantschenkel 5 der Vorform 3 sind an gegenüberliegenden Flächen zwei zylinderförmige Bereiche 8 durch das generative Fertigungsverfahren aufgebaut worden. Auf die Mantelfläche des längeren Schenkels der Vorform 3 sind kegelstumpfförmige Körper durch das generative Verfahren aufgebaut worden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die an die Mantelfläche der Vorform 3 angrenzenden Abschnitte dieser kegelförmigen Körper als Hohlkörper ausgeführt. Das generative Fertigungsverfahren wurde als Laserauftragsschweißen durchgeführt.That from the blank 1 structural component to be manufactured has a relation to the preform 3 much more complex shape. In order to create this more complex shaping, the preform will become in those areas 3 , which are to carry the further structures raw forms, constructed by generative laser deposition welding in the illustrated embodiment. It is understood that other deposition welding methods can also be used. The build-up welding has been carried out with respect to the introduced heat so that the heat input into the core segment is locally only very low and also a material mixing is limited only to a superficial edge zone of the substrate. The generative manufacturing completed preform 7 is in step ( 4 ) the 1 shown. The component sections produced or constructed by the generative method - the raw forms for the further structures - are identified by the reference numeral 8th indicated. In the illustrated embodiment, the regions produced by the generative process are 8th made of alloy powder of the same alloy, from which also the blank 1 is made. On the square leg 5 the preform 3 are on opposite surfaces two cylindrical areas 8th been built by the generative manufacturing process. On the lateral surface of the longer leg of the preform 3 frusto-conical bodies have been constructed by the generative process. In the illustrated embodiment, the to the lateral surface of the preform 3 adjacent sections of this conical body designed as a hollow body. The generative manufacturing process was performed as laser deposition welding.

Die endgültige Konturgebung der komplettierten Vorform 7 mit ihren durch das beschriebene generative Fertigungsverfahren aufgebauten Bauteilabschnitte 8 erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine spanende Bearbeitung (s. Schritt (5)). Die die Bauteilabschnitte 8 bildenden Rohformen werden durch Formfräsen in ihre in (5) gezeigte Endkontur gebracht. Bei diesem Bearbeitungsschritt werden auch diejenigen Bereiche der komplettierten Vorform 7 in ihre Endkontur gebracht, die durch den Schmiedeschritt nicht endkonturgenau ausgeformt sind.The final contour of the completed preform 7 with its built-up by the generative manufacturing method described component sections 8th takes place in the illustrated embodiment by a machining (see step (s. 5 )). The component sections 8th forming raw forms are shaped by milling into their in ( 5 ) brought final contour shown. In this processing step, those areas of the completed preform also become 7 brought into their final shape, which are not formed by the final forging final contour.

Bei dem Strukturbauteil 9 handelt es sich um ein fiktives Strukturbauteil. In the structural component 9 it is a fictitious structural component.

Wesentlich bei diesem Strukturbauteil 9 ist, dass das durch die geschmiedete Vorform 3 geformte Kernsegment als Bauteilabschnitt einer erhöhten mechanischen Belastung ausgesetzt werden kann. Da die L-Form des Strukturbauteils 9 durch Schmieden geformt ist, genügt dieses Kernsegment des Strukturbauteils 9 auch hohen, daran gestellten Anforderungen ohne weiteres. Dieses ist durch das an das Kernsegment gestellte Anforderungsprofil auch der Fall. Die durch das generative Fertigungsverfahren erzeugten Bauteilabschnitte 8 und die daraus durch Formfräsen in Endkontur gebrachten Fortsätze müssen bei dem Einsatz des Strukturbauteils 9 diesen Anforderungen nicht genügen. Auch diese können höheren Belastungen ausgesetzt werden, müssen jedoch nicht den Belastungsanforderungen genügen, die das Strukturbauteil 9 in den Abschnitten seiner L-förmigen Vorform genügen muss. Wenn, wie dieses bei vorbekannten Verfahren der Fall ist, das Strukturbauteil 9 durch Schmieden einer Vorform und anschließende zerspanende Bearbeitung hergestellt werden würde, wäre dieses nur mit einer geringen Materialausnutzung möglich, was nicht nur aufwendiger, sondern auch kostenträchtiger wäre.Essential in this structural component 9 is that through the forged preform 3 shaped core segment can be exposed as a component section of an increased mechanical stress. Because the L-shape of the structural component 9 is formed by forging, this core segment of the structural component is sufficient 9 even high demands placed on it easily. This is also the case due to the requirement profile placed on the core segment. The component sections generated by the generative manufacturing process 8th and the resulting from shaping milling in final contour extensions must in the use of the structural component 9 do not meet these requirements. These can also be exposed to higher loads, but do not have to meet the load requirements of the structural component 9 in the sections of its L-shaped preform. If, as is the case with previously known methods, the structural component 9 would be made by forging a preform and subsequent machining, this would be possible only with a low material utilization, which would not only be more expensive, but also more expensive.

Den vorbeschriebenen Fertigungsschritten vorangestellt ist eine Aufteilung des Strukturbauteils 9 in bezüglich ihres mechanischen Anforderungsprofils unterschiedliche Bauteilabschnitte, und zwar das durch die Vorform 3 gebildete Kernsegment als ein erster Bauteilabschnitt, der einem höheren Anforderungsprofil genügen muss, und den daran angeformten zweiten Bauteilabschnitten 8, die diesen hohen Anforderungsprofil nicht genügen müssen.Preceding the above-described manufacturing steps is a division of the structural component 9 in terms of their mechanical requirement profile different component sections, and that by the preform 3 formed core segment as a first component portion, which must meet a higher requirement profile, and molded thereon second component sections 8th who do not have to meet this high profile of requirements.

Nachdem das Strukturbauteil 9 in seine Endkontur gebracht worden ist, wird dieses einer Wärmebehandlung zum Homogenisieren des Gefüges unterworfen.After the structural component 9 has been brought into its final contour, this is subjected to a heat treatment to homogenize the microstructure.

Bei dem Strukturbauteil 9 des dargestellten Ausführungsbeispiels handelt es sich um eine von mehreren Varianten, die sich durch die Anzahl der durch das generative Fertigungsverfahren aufgebauten Bauteilabschnitte 8 unterscheiden. Bei dem dargestellten Strukturbauteil 9 handelt es sich um dasjenige der mehreren Varianten, welches sämtliche der möglichen, sich bezüglich der Anzahl der Fortsätze unterscheidenden Varianten in sich vereint. So weist eine in den Figuren nicht dargestellte weitere Variante auf der Vierkantform 5 des kürzeren Schenkels nur einen einzigen durch das generative Verfahren aufgebrachten Bauteilabschnitt 8 und durch das Formfräsen in die Endkontur gebrachten Fortsatz auf. In einer weiteren Variante weist dieser Schenkel des Strukturbauteils 9 keine Fortsätze auf. Weitere Varianten bestehen in einer unterschiedlichen Auslegung an den längeren Schenkel angeformten Fortsätze.In the structural component 9 of the illustrated embodiment is one of several variants, which is characterized by the number of built-up by the generative manufacturing process component sections 8th differ. In the illustrated structural component 9 it is that of the several variants, which unites all of the possible variants that differ in terms of the number of extensions. Thus, a further variant not shown in the figures has the square shape 5 of the shorter leg only a single applied by the generative process component section 8th and brought by the form milling in the final contour extension. In a further variant, this leg of the structural component 9 no extensions on. Other variants consist in a different interpretation of the longer leg molded extensions.

Von besonderem Vorteil ist bei diesem Konzept, dass sämtliche Varianten auf ein und derselben Fertigungsstraße mit ein und denselben Werkzeugen hergestellt werden können.A particular advantage of this concept is that all variants can be produced on one and the same production line with one and the same tools.

2 zeigte eine der Figurenfolge der 1 entsprechende Figurenfolge, darstellend die hybride Herstellung eines weiteren Strukturbauteils 9.1. Bei dem Herstellungsverfahren der 2 werden nach der Aufteilung des Strukturbauteils in bezüglich ihres Anforderungsprofils unterschiedliche Bauteilabschnitte dieselben Schritte (1) bis (5) durchgeführt wie dieses zuvor bei dem Ausführungsbeispiel der 1 erläutert worden ist. Aus diesem Grunde sind gleiche Merkmale bzw. Teile mit denselben Bezugszeichen, ergänzt um ein „.1“ gekennzeichnet. Auch das Strukturbauteil 9.1 selbst ist dem vorbeschriebenen Strukturbauteil 9 der 1 sehr ähnlich. Der Rohling 1.1 bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist aus derselben Titanlegierung hergestellt worden wie der Rohling 1 des Ausführungsbeispiels der 1. Das Strukturbauteil 9.1 unterscheidet sich von dem Strukturbauteil 9 durch seine Strukturierung, da die Fortsätze - und dementsprechend die durch generative Fertigung erstellten Bauteilbereiche 8.1, 8.2 - im Unterschied zu dem Strukturbauteil 9 einander nicht gegenüberliegend angeordnet sind. Ferner unterscheidet sich das Strukturbauteil 9.1 von dem Strukturbauteil 9 durch die Formgebung der geschmiedeten Vorform 3.1. Durch den Schmiedeprozess ist jeweils ein von dem Kernsegment der Vorform 3.1 abragender Sockel zum Ausbilden eines Wurzelbereiches bzw. eines Übergangsbereiches bereitgestellt. Die Oberseite der Sockel stellt die Substratoberfläche dar, auf die die generativ zu fertigenden Bauteilabschnitte 8.1, 8.2 aufgebracht werden. In 2 sind diese Sockel mit dem Bezugszeichen 10 kenntlich gemacht. Auf diese Sockel 10 wird zum Herstellen der komplettierten Vorform 7.1 im Wege des generativen Fertigungsverfahren das Material aufgebracht. Durch den zum Erstellen der Endkontur des Strukturbauteils 9.1 durchgeführten Formfrässchritt sind, wie vor allem an den Fortsätzen, die an den Vierkantschenkel angeformt sind, ebenfalls Teile des Ansatzes entfernt worden. Vorteilhaft bei einer solchen Ausgestaltung der geschmiedeten komplettierten Vorform 7.1 ist, dass die Anbindung des generativ aufgetragenen Materials von dem Faserverlauf der geschmiedeten Vorform in ihrem Kern beabstandet ist. 2 showed one of the sequence of figures of 1 corresponding sequence of figures representing the hybrid production of another structural component 9.1 , In the manufacturing process of 2 After the division of the structural component in different with respect to their requirement profile component sections the same steps ( 1 ) to ( 5 ) performed as this previously in the embodiment of 1 has been explained. For this reason, the same features or parts with the same reference numerals, supplemented by a ". 1 "Marked. Also the structural component 9.1 itself is the above-described structural component 9 the 1 very similar. The blank 1.1 in the embodiment of the 2 has been made from the same titanium alloy as the blank 1 of the embodiment of 1 , The structural component 9.1 differs from the structural component 9 through its structuring, because the extensions - and accordingly the component areas created by generative manufacturing 8.1 . 8.2 - in contrast to the structural component 9 are not arranged opposite each other. Furthermore, the structural component differs 9.1 from the structural component 9 by shaping the forged preform 3.1 , By the forging process, one of each of the core segment of the preform is 3.1 projecting pedestal for forming a root area or a transition area. The upper side of the pedestals represents the substrate surface onto which the component sections to be produced generatively 8.1 . 8.2 be applied. In 2 these pedestals are identified by the reference numeral 10 indicated. On this pedestal 10 is used to make the completed preform 7.1 Applied by way of generative manufacturing process, the material. By creating the final contour of the structural component 9.1 Form milling step performed are, as especially on the extensions that are formed on the square legs, also parts of the approach has been removed. Advantageous in such an embodiment of the forged completed preform 7.1 in that the attachment of the generatively applied material is spaced from the fiber path of the forged preform in its core.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Bauteilabschnitt 8.2 als Hohlkörper ausgeführt, wie durch die Schnittdarstellungen dieses Bauteilabschnittes 8.2 in den Schritten (4) und (5) der 2 gezeigt.In this embodiment, the component portion 8.2 designed as a hollow body, as shown by the sectional views of this component section 8.2 in the steps ( 4 ) and ( 5 ) the 2 shown.

Nach dem Ausbilden des Strukturbauteils 9.1 in seiner Endkontur wird dieses ebenso wärmebehandelt und mit geringem Umformgrad umgeformt.After forming the structural component 9.1 in its final contour this is also heat treated and formed with low degree of deformation.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten, die Erfindung umzusetzen, ohne dass dieses im Rahmen dieser Ausführung im Einzelnen erläutert werden müsste.The embodiments described above serve to explain the invention. Without departing from the scope of the applicable claims, numerous other possibilities for a person skilled in the art to implement the invention, without this having to be explained in detail in the context of this embodiment.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1.11, 1.1
Rohlingblank
22
Schmiedrohlingblacksmith blank
3, 3.13, 3.1
Vorformpreform
44
Schenkelleg
55
VierkantformSquare shape
6, 6.16, 6.1
Einschnürungconstriction
7, 7.17, 7.1
komplettierte Vorformcompleted preform
8, 8.1, 8.28, 8.1, 8.2
Bauteilabschnittcomponent section
9, 9.19, 9.1
Strukturbauteilstructural component
1010
Sockelbase

Claims (13)

Verfahren zum Herstellen eines strukturierten Strukturbauteils (9, 9.1) aus einem hochfesten Legierungswerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass - das zu erstellende Strukturbauteil (9, 9.1) in zumindest zwei sich bezüglich ihres Anforderungsprofiles bei der späteren Verwendung unterscheidende Bauteilabschnitte unterteilt wird, wobei ein Bauteilabschnitt (3, 3.1) bei der Verwendung des Strukturbauteils (9, 9.1) einem in Bezug auf auftretende Belastungen höheren Anforderungsprofil und der zumindest eine weitere Bauteilabschnitt (8, 8.1, 8.2) einem geringeren Anforderungsprofil genügen muss, und - in einem ersten Fertigungsschritt zum Erstellen des Bauteilabschnittes (3, 3.1) mit den höheren Anforderungen ein Rohling (2) durch Schmieden bereichsweise in eine endkonturnahe oder endkonturgenaue Form gebracht wird, - in zumindest einem nachfolgenden Schritt auf zumindest einem durch den Schmiedeschritt noch nicht in eine endkonturnahe oder endkonturgenaue Form gebrachten Oberflächenbereich als Substrat durch ein generatives Fertigungsverfahren metallisches Legierungsmaterial zum Ausbilden des zumindest einen Bauteilabschnittes (8, 8.1, 8.2) mit dem geringeren Anforderungsprofil aufgebracht wird, um auch diese Bereiche des geschmiedeten Bauteilabschnitts in eine endkonturnähere Form zu bringen und - anschließend das auf diese Weise hergestellte Bauteilhalbzeug als komplettierte Vorform (7, 7.1) ein- oder mehrschrittig in seine Endkontur gebracht wird.Method for producing a structured structural component (9, 9.1) from a high-strength alloy material, characterized in that - the structural component (9, 9.1) to be created is subdivided into at least two component sections that differ in respect of their requirement profile during later use, wherein a component section ( 3, 3.1) in the use of the structural component (9, 9.1) with respect to occurring Stresses higher requirement profile and the at least one further component section (8, 8.1, 8.2) must meet a lower requirement profile, and - in a first manufacturing step for creating the component section (3, 3.1) with the higher requirements a blank (2) by forging partially in a near net shape or final contour exact shape is brought, - in at least one subsequent step on at least one by the forging step not yet brought into a near net shape or final contour exact surface area as a substrate by a generative manufacturing process metallic alloy material for forming the at least one component portion (8, 8.1, 8.2 ) is applied with the lower requirement profile, in order to bring these areas of the forged component portion in a near-net shape and form - then the semi-finished product produced in this way as a completed preform (7, 7.1) one or more stages in s a final contour is brought. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Anforderungsprofil des Bauteilabschnittes (3, 3.1) mit dem höheren Anforderungsprofil und dasjenige des oder der Bauteilabschnitte (8, 8.1, 8.2) mit dem geringeren Anforderungsprofil durch die mechanische Belastbarkeit unterscheiden.Method according to Claim 1 , characterized in that differ the requirement profile of the component section (3, 3.1) with the higher requirement profile and that of the one or more component sections (8, 8.1, 8.2) with the lower requirement profile by the mechanical load capacity. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (9, 9.1) aus einer Titanlegierung, einer Aluminiumlegierung, einer Kobaltbasislegierung oder einer Nickelbasislegierung hergestellt wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the structural component (9, 9.1) is made of a titanium alloy, an aluminum alloy, a cobalt-based alloy or a nickel-based alloy. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das generative Fertigungsverfahren ein Laserauftragsschweißen unter Verwendung von Feststoffpartikeln durchgeführt wird.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the generative manufacturing process laser deposition welding is performed using solid particles. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den generativen Fertigungsschritt dieselbe Legierung verwendet wird, aus der auch der Rohling (2) gefertigt ist.Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that for the generative manufacturing step, the same alloy is used, from which also the blank (2) is made. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den generativen Fertigungsschritt eine sich von der Legierung des Rohlings unterscheidende Legierung verwendet wird.Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that an alloy different from the alloy of the blank is used for the additive manufacturing step. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum endkonturnahen Ausbilden der durch den Schmiedeschritt noch nicht endkonturnah oder endkonturgenau geformten Bauteilabschnitte mehrere generative Fertigungsschritte durchgeführt werden.Method according to one of Claims 1 to 6 Characterized in that a plurality of generative manufacturing steps are carried out for the net-shape forming of the final contour or not endkonturgenau molded by the forging step component portions. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei generativen Fertigungsschritten die generativ gebildeten Bauteilabschnitte durch Schmieden in eine endkonturnähere Form umgeformt werden und dass der nachfolgende generative Fertigungsschritt auf dem umgeformten Material des vorangegangenen generativen Fertigungsschrittes durchgeführt wird.Method according to Claim 7 , characterized in that between two generative manufacturing steps, the generatively formed component sections are formed by forging in a near final contour shape and that the subsequent generative manufacturing step is performed on the formed material of the previous generative manufacturing step. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Durchführen eines generativen Fertigungsschrittes die Auftragsoberfläche des Substrates für den generativen Fertigungsschritt vorbehandelt wird.Method according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that prior to performing a generative manufacturing step, the application surface of the substrate is pretreated for the generative manufacturing step. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die endkonturnahen Bauteilabschnitte (8, 8.1) der komplettierten Vorform durch Schmieden und/oder durch eine spanende Bearbeitung in ihre Endkontur gebracht werden.Method according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the near-net shape component sections (8, 8.1) of the completed preform are brought by forging and / or by machining in their final contour. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Titanlegierung eine (α+β)-Titanlegierung verwendet wird.Method according to one of Claims 3 to 10 , characterized in that a (α + β) -Titanlegierung is used as the titanium alloy. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Titanlegierung eine Ti-6AI-4V-Legierung eingesetzt wird.Method according to Claim 11 , characterized in that a Ti-6AI-4V alloy is used as the titanium alloy. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (9, 9.1) eine von mehreren Varianten dieses Strukturbauteils ist, wobei durch den Schmiedeschritt die Gleichteile der Varianten hergestellt werden und die Variantenbildung durch den oder die durch generative Fertigung gebildeten Bauteilabschnitte (8, 8.1, 8.2) erfolgt.Method according to one of Claims 1 to 12 , characterized in that the structural component (9, 9.1) is one of several variants of this structural component, whereby the identical parts of the variants are produced by the forging step and the variant formation takes place by the component or sections (8, 8.1, 8.2) formed by generative production ,
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